第3章 基因的本质
第1节 DNA是主要的遗传物质
【高考目标导航】
人类对遗传物质的探索过程
【基础知识梳理】
一、对遗传物质的早期推测
1、主导观点：蛋白质是主要的遗传物质。
2、对DNA的认识：
（1）基本组成单位：脱氧核苷酸
化学组成：磷酸、脱氧核糖和碱基三部分
种类：4种，由碱基决定
（2）生物大分子：由许多脱氧核苷酸聚合而成。
二、肺炎双球菌的转化实验
1、肺炎双球菌
S型菌R型菌
菌落表面光滑表面粗糙
菌体有多糖类荚膜无多糖类荚膜
毒性有毒性，使小鼠患败血症死亡无毒
2、格里菲思转化实验（体内转化）
（1）实验过程及结果
（2）结论：加热杀死的S型细菌中，含有某种促成R型细菌转化为S型细菌的“转化因子”。
3、艾弗里转化实验（体外转化）
（1）设计思路：设法把S型细菌的DNA与其他各组成成分分开，单独研究它们各自的功能。
（2）过程及结果：
（3）结论：DNA才是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质，而蛋白质、多糖及DNA的水解物都不是。
三、噬菌体侵染细菌的实验
1、实验方法：放射性同位素示踪法。
2、T2噬菌体的特点
（1）结构：外壳由蛋白质构成，头部含有DNA。
（2）生活方式：细胞内寄生，不能独立进行新陈代谢。
（3）结构成分：蛋白质构成其头、尾两部分的外壳，DNA被包在头部的外壳内。
（3）增殖特点：在噬菌体DNA的作用下，利用大肠杆菌体内的物质合成自身成分，进行增殖。
3、实验过程及结果
（1）标记细菌：将细菌培养在含35S的培养基，培养出含35S的细菌；将细菌培养在含32P的培养基，培养出含32P的细菌。
（2）标记噬菌体：将噬菌体培养在含35S的细菌中，培养出含35S的噬菌体；将噬菌体培养在含32P的细菌中，培养出含32P的噬菌体。
（3）噬菌体侵染细菌：
①将被35S标记的噬菌体培养在细菌中，培养出的子代噬菌体中无35S。
②将被32P标记的噬菌体培养在细菌中，培养出的子代噬菌体中有32P。
（4）结果分析：
①噬菌体侵染细菌时，DNA进入细菌细胞中，而蛋白质外壳留在外面。
②子代噬菌体的各种性状是通过亲代DNA来遗传的。
（5）结论：DNA是遗传物质。
四、RNA也是遗传物质的相关实验
1、材料：烟草花叶病毒。
2、实验过程及结果：
3、结论：RNA是遗传物质。
4、人类的探索结论
DNA是主要的遗传物质，因为实验证明绝大多数生物的遗传物质是DNA，只有少部分生物的遗传物质是RNA。
【要点名师透析】
一、肺炎双球菌的转化实验
体内转化实验体外转化实验
研 究 人
1928?英?格里菲思
1944?美?艾弗里
过程结果无毒R型活菌→→小鼠→→不死亡
有毒S型活菌→→小鼠→→死亡
有毒S型活菌→→有毒S型死菌→→小鼠→→不死亡
无毒R活菌+加热杀死的S菌→→小鼠→→死亡(从体内分离出S型活细菌)S型活细菌
↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓
多糖 脂质 蛋白质 RNA DNA DNA水解物
↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓
↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓
所得活菌：R R R R S+R R
分析a组结果说明：R型细菌无毒性
b组结果说明：S型细菌有毒性
c组结果说明：加热杀死的S型细菌已失活
d组结果证明：有R型无毒细菌已转化为S型有毒细菌，说明S型细菌内含有使R型细菌转化为S型细菌的物质S型细菌的DNA使R型细菌发生转化
S型细菌的其他物质不能使R型细菌发生转化
结 论d组实验中，已加热杀死的S型细菌体内含有“转化因子”，促使R型细菌转化为S型细菌 (主要通过d组证明)S型细菌体内只有DNA才是"转化因子"，即DNA是遗传物质
相同点1、巧妙选用R型和S型两种肺炎双球菌
2、实验目的都是探究遗传物质的成分
3、体内转化实验是体外转化实验的基础，后者则是前者的延伸
4、实验设计都遵循对照原则和单一变量原则
【典例】(2011?北京模拟)在艾弗里证明遗传物质是DNA的实验中，将从S型活菌中提取的DNA用DNA酶进行了处理，并将处理后的DNA与R型菌混合培养，结果发现培养基上仅有R型菌生长。设置本实验步骤的目的是( )
A.证明R型菌生长不需要DNA
B.与“以S型菌的DNA与R型菌混合培养”的实验形成对照
C.补充R型菌生长所需要的营养物质
D.直接证明S型菌DNA不是促进R型菌转化的因素
【解析】本实验中真正的实验组是S型活菌中提取的DNA与 R型菌混合培养，结果发现培养基上有R型菌和S型菌共同生长，为证明DNA的作用，设置了对照实验，以进一步证明实验结论。
【答案】B
二、噬菌体侵染细菌的实验
实验材料T2噬菌体、大肠杆菌
实验方法同位素标记法
巧妙构思噬菌体只有DNA和蛋白质两种成分
实验思路S是蛋白质的特有元素，P几乎都存在于DNA分子中，用放射性同位素32P和35S分别标记DNA和蛋白质、直接单独的观察它们的作用。
过程、结果①标记细菌
细菌+含35S的培养基→→含35S的细菌
细菌+含32P的培养基→→含32P的细菌
②标记噬菌体
噬菌体+含35S的细菌→→含35S的噬菌体
噬菌体+含32P的细菌→→含32P的噬菌体
④噬茵体侵染细菌
含35S的噬菌体＋细菌→→宿主细胞内没有35S，35S分布在宿主细胞外
含32P的噬菌体+细菌→→宿主细胞外几乎没有32P，32P主要分布在宿主细胞内
实验分析过程3表明，噬菌体的蛋白质外壳并未进入细菌内部，噬菌体的DNA进入了细菌的内部
实验结论DNA是遗传物质，蛋白质不是遗传物质
【典例】赫尔希与蔡斯用32P标记T2噬菌体与无标记的细菌培养液混合，一段时间后经过搅拌、离心得到了上清液和沉淀物。与此有关的叙述不正确的是( )
A.上清液中有少量放射性的原因是部分噬菌体没有完成侵染细菌的过程
B.32P 标记T2噬菌体的DNA在细菌体内复制时，需要的酶是由噬菌体携带到细菌体内的
C.在此实验中最后获得的子代噬菌体大部分不含有放射性
D.在细菌体内产生的mRNA不含有放射性
【解析】由于含有放射性的DNA进入细菌体内复制，所以沉淀物中应该有放射性，但只有少部分，因为DNA具有半保留复制特点。新形成的脱氧 核苷酸链是利用细菌体内的物 质合成的，没有放射性，同理新产生的mRNA也不具有放射性。如果侵染的时间过短，部分噬菌体没有完成侵染细菌的过程，就会存在于上清液中。
【答案】B
三、肺炎双球菌与噬菌体侵染细菌的比较
相同点1、均使DNA和蛋白质分开，单独处理，观察它们各自的作用，但两类实验中DNA与蛋白质分开的方式不同
2、都遵循了对照原则
3、都能证明DNA是遗传物质，但不能证明DNA是主要的遗传物质
不同点方法不同艾弗里实验直接分离：分离S型细菌的DNA、多糖、蛋白质等，分别与R型细菌混合培养
噬菌体侵染细菌实验同位素标记法：分别标记DNA和蛋白质的特殊元素，侵染时自然分离
【感悟高考真题】
1、（2011? 广东高考）艾弗里和同事用R型和S型肺炎双球菌进行实验，结果如下表。从表可知 ( )
实验组号接种菌型加入S型菌物质培养皿长菌情况
①R蛋白质R型
②R荚膜多糖R型
③RDNAR型、S型
④RDNA（经DNA酶处理）R型
A.①不能证明S型菌的蛋白质不是转化因子
B.②说明S型菌的荚膜多糖有酶活性
C.③和④说明S型菌的DNA是转化因子
D.①~④说明DNA是主要的遗传物质
【解析】A项，①组：R+S型菌的蛋白质，只长出R型菌，说明蛋白质不是转化因子。B项，②组：R+S型菌的荚膜多糖，只长出R型菌，说明荚膜多糖不是转化因子。无法证明S型菌的荚膜多糖有酶活性。C项，③组：R+S型菌的DNA，结果既有R型菌又有S型菌，说明DNA可以使R型菌转化为S型菌，④组：用DNA酶将DNA水解，结果只长出R型菌，说明DNA的水解产物不能使R型菌转化为S型菌，从一个反面说明了只有DNA才能使R型菌发生转化。D项此实验只涉及R型和S型肺炎双球菌两种生物，没有涉及RNA病毒，无法证明DNA是主要的遗传物质。
【答案】C
2、（2011?江苏高考）关于“噬菌体侵染细菌的实验”的叙述，正确的是()
A.分别用含有放射性同位素35S和放射性同位素32P的培养基培养噬菌体
B.分别用35S和32P标记的噬菌体侵染未被标记的大肠杆菌，进行长时间的保温培养
C.用35S标记噬菌体的侵染实验中，沉淀物存在少量放射性可能是搅拌不充分所致
D.32P、35S标记的噬菌体侵染实验分别说明DNA是遗传物质、蛋白质不是遗传物质
【解析】A项，应分别用含有放射性同位素35S和放射性同位素32P培养基培养大肠杆菌，再用上述大肠杆菌培养噬菌体。B项，分别用35S和32P标记的噬菌体侵染未被标记的大肠杆菌，进行短时间的保温培养。C项，沉淀物存在少量放射性，说明沉淀物中有35S标记的噬菌体蛋白质外壳，是搅拌不充分所致。D项，噬菌体侵染细菌的实验证明DNA是遗传物质，不能证明蛋白质不是遗传物质，因蛋白质没有进入细菌体内。
【答案】C
3、（2010?江苏高考）探索遗传物质的过程是漫长的．直到20世纪初期，人们仍普追认为蛋白质是遣传物质。当时人们作出判断的理由不包括
A.不同生物的蛋白质在结构上存在差异
B.蛋白质与生物的性状密切相关
C.蛋白质比DNA具有更高的热稳定性，并且能够自我复制
D.蛋白质中氨基酸的不同排列组台可以贮存大量遗传信息
【解析】本题借助科学发展史考查蛋白质的多样性等特点。蛋白质不具备热稳定性，也不能复制，故选C项。其他选项所述的蛋白质的特点，与遗传物质应具备的特征一致，可作为遗传物质的理由。
【答案】C
4、（2010?广东高考）下列叙述正确的是
A.DNA 是蛋白质合成的直接模板 B. 每种氨基酸仅有一种密码子编码
C.DNA 复制就是基因表达的过程 D. DNA是主要的遗传物质
【解析】本题考查学生的理解能力。蛋白质合成的直接模板是mRNA；一种氨基酸可有一种或多种密码子编码；基因具有两个基本功能，即复制和表达；基因的复制是以DNA为基本单位进行的；基因的表达分为转录和翻译两个过程；由于绝大多数生物的遗传物质都是DNA，所以DNA是主要的遗传物质。
【答案】D
5、（2009?江苏高考）科学家从烟草花叶病毒（TMV）中分离出a、b两个不同品系，它们感染植物产生的病斑形态不同。下列4组实验（见下表）中，不可能出现的结果是
实验实验结果
编号实验过程病斑
类型病斑中分离出
的病毒类型
① a型TMV斗感染植物a型a型
②b型TMV呻感染植物b型b型
③组合病毒（a型TMV的蛋白质+b型TMV的RNA） 感染植物b型a型
第1节 DNA是主要的遗传物质
【高考目标导航】
人类对遗传物质的探索过程
【基础知识梳理】
一、对遗传物质的早期推测
1、主导观点：蛋白质是主要的遗传物质。
2、对DNA的认识：
（1）基本组成单位：脱氧核苷酸
化学组成：磷酸、脱氧核糖和碱基三部分
种类：4种，由碱基决定
（2）生物大分子：由许多脱氧核苷酸聚合而成。
二、肺炎双球菌的转化实验
1、肺炎双球菌
S型菌R型菌
菌落表面光滑表面粗糙
菌体有多糖类荚膜无多糖类荚膜
毒性有毒性，使小鼠患败血症死亡无毒
2、格里菲思转化实验（体内转化）
（1）实验过程及结果
（2）结论：加热杀死的S型细菌中，含有某种促成R型细菌转化为S型细菌的“转化因子”。
3、艾弗里转化实验（体外转化）
（1）设计思路：设法把S型细菌的DNA与其他各组成成分分开，单独研究它们各自的功能。
（2）过程及结果：
（3）结论：DNA才是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质，而蛋白质、多糖及DNA的水解物都不是。
三、噬菌体侵染细菌的实验
1、实验方法：放射性同位素示踪法。
2、T2噬菌体的特点
（1）结构：外壳由蛋白质构成，头部含有DNA。
（2）生活方式：细胞内寄生，不能独立进行新陈代谢。
（3）结构成分：蛋白质构成其头、尾两部分的外壳，DNA被包在头部的外壳内。
（3）增殖特点：在噬菌体DNA的作用下，利用大肠杆菌体内的物质合成自身成分，进行增殖。
3、实验过程及结果
（1）标记细菌：将细菌培养在含35S的培养基，培养出含35S的细菌；将细菌培养在含32P的培养基，培养出含32P的细菌。
（2）标记噬菌体：将噬菌体培养在含35S的细菌中，培养出含35S的噬菌体；将噬菌体培养在含32P的细菌中，培养出含32P的噬菌体。
（3）噬菌体侵染细菌：
①将被35S标记的噬菌体培养在细菌中，培养出的子代噬菌体中无35S。
②将被32P标记的噬菌体培养在细菌中，培养出的子代噬菌体中有32P。
（4）结果分析：
①噬菌体侵染细菌时，DNA进入细菌细胞中，而蛋白质外壳留在外面。
②子代噬菌体的各种性状是通过亲代DNA来遗传的。
（5）结论：DNA是遗传物质。
四、RNA也是遗传物质的相关实验
1、材料：烟草花叶病毒。
2、实验过程及结果：
3、结论：RNA是遗传物质。
4、人类的探索结论
DNA是主要的遗传物质，因为实验证明绝大多数生物的遗传物质是DNA，只有少部分生物的遗传物质是RNA。
【要点名师透析】
一、肺炎双球菌的转化实验
体内转化实验体外转化实验
研 究 人
1928?英?格里菲思
1944?美?艾弗里
过程结果无毒R型活菌→→小鼠→→不死亡
有毒S型活菌→→小鼠→→死亡
有毒S型活菌→→有毒S型死菌→→小鼠→→不死亡
无毒R活菌+加热杀死的S菌→→小鼠→→死亡(从体内分离出S型活细菌)S型活细菌
↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓
多糖 脂质 蛋白质 RNA DNA DNA水解物
↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓
↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓
所得活菌：R R R R S+R R
分析a组结果说明：R型细菌无毒性
b组结果说明：S型细菌有毒性
c组结果说明：加热杀死的S型细菌已失活
d组结果证明：有R型无毒细菌已转化为S型有毒细菌，说明S型细菌内含有使R型细菌转化为S型细菌的物质S型细菌的DNA使R型细菌发生转化
S型细菌的其他物质不能使R型细菌发生转化
结 论d组实验中，已加热杀死的S型细菌体内含有“转化因子”，促使R型细菌转化为S型细菌 (主要通过d组证明)S型细菌体内只有DNA才是"转化因子"，即DNA是遗传物质
相同点1、巧妙选用R型和S型两种肺炎双球菌
2、实验目的都是探究遗传物质的成分
3、体内转化实验是体外转化实验的基础，后者则是前者的延伸
4、实验设计都遵循对照原则和单一变量原则
【典例】(2011?北京模拟)在艾弗里证明遗传物质是DNA的实验中，将从S型活菌中提取的DNA用DNA酶进行了处理，并将处理后的DNA与R型菌混合培养，结果发现培养基上仅有R型菌生长。设置本实验步骤的目的是( )
A.证明R型菌生长不需要DNA
B.与“以S型菌的DNA与R型菌混合培养”的实验形成对照
C.补充R型菌生长所需要的营养物质
D.直接证明S型菌DNA不是促进R型菌转化的因素
【解析】本实验中真正的实验组是S型活菌中提取的DNA与 R型菌混合培养，结果发现培养基上有R型菌和S型菌共同生长，为证明DNA的作用，设置了对照实验，以进一步证明实验结论。
【答案】B
二、噬菌体侵染细菌的实验
实验材料T2噬菌体、大肠杆菌
实验方法同位素标记法
巧妙构思噬菌体只有DNA和蛋白质两种成分
实验思路S是蛋白质的特有元素，P几乎都存在于DNA分子中，用放射性同位素32P和35S分别标记DNA和蛋白质、直接单独的观察它们的作用。
过程、结果①标记细菌
细菌+含35S的培养基→→含35S的细菌
细菌+含32P的培养基→→含32P的细菌
②标记噬菌体
噬菌体+含35S的细菌→→含35S的噬菌体
噬菌体+含32P的细菌→→含32P的噬菌体
④噬茵体侵染细菌
含35S的噬菌体＋细菌→→宿主细胞内没有35S，35S分布在宿主细胞外
含32P的噬菌体+细菌→→宿主细胞外几乎没有32P，32P主要分布在宿主细胞内
实验分析过程3表明，噬菌体的蛋白质外壳并未进入细菌内部，噬菌体的DNA进入了细菌的内部
实验结论DNA是遗传物质，蛋白质不是遗传物质
【典例】赫尔希与蔡斯用32P标记T2噬菌体与无标记的细菌培养液混合，一段时间后经过搅拌、离心得到了上清液和沉淀物。与此有关的叙述不正确的是( )
A.上清液中有少量放射性的原因是部分噬菌体没有完成侵染细菌的过程
B.32P 标记T2噬菌体的DNA在细菌体内复制时，需要的酶是由噬菌体携带到细菌体内的
C.在此实验中最后获得的子代噬菌体大部分不含有放射性
D.在细菌体内产生的mRNA不含有放射性
【解析】由于含有放射性的DNA进入细菌体内复制，所以沉淀物中应该有放射性，但只有少部分，因为DNA具有半保留复制特点。新形成的脱氧 核苷酸链是利用细菌体内的物 质合成的，没有放射性，同理新产生的mRNA也不具有放射性。如果侵染的时间过短，部分噬菌体没有完成侵染细菌的过程，就会存在于上清液中。
【答案】B
三、肺炎双球菌与噬菌体侵染细菌的比较
相同点1、均使DNA和蛋白质分开，单独处理，观察它们各自的作用，但两类实验中DNA与蛋白质分开的方式不同
2、都遵循了对照原则
3、都能证明DNA是遗传物质，但不能证明DNA是主要的遗传物质
不同点方法不同艾弗里实验直接分离：分离S型细菌的DNA、多糖、蛋白质等，分别与R型细菌混合培养
噬菌体侵染细菌实验同位素标记法：分别标记DNA和蛋白质的特殊元素，侵染时自然分离
【感悟高考真题】
1、（2011? 广东高考）艾弗里和同事用R型和S型肺炎双球菌进行实验，结果如下表。从表可知 ( )
实验组号接种菌型加入S型菌物质培养皿长菌情况
①R蛋白质R型
②R荚膜多糖R型
③RDNAR型、S型
④RDNA（经DNA酶处理）R型
A.①不能证明S型菌的蛋白质不是转化因子
B.②说明S型菌的荚膜多糖有酶活性
C.③和④说明S型菌的DNA是转化因子
D.①~④说明DNA是主要的遗传物质
【解析】A项，①组：R+S型菌的蛋白质，只长出R型菌，说明蛋白质不是转化因子。B项，②组：R+S型菌的荚膜多糖，只长出R型菌，说明荚膜多糖不是转化因子。无法证明S型菌的荚膜多糖有酶活性。C项，③组：R+S型菌的DNA，结果既有R型菌又有S型菌，说明DNA可以使R型菌转化为S型菌，④组：用DNA酶将DNA水解，结果只长出R型菌，说明DNA的水解产物不能使R型菌转化为S型菌，从一个反面说明了只有DNA才能使R型菌发生转化。D项此实验只涉及R型和S型肺炎双球菌两种生物，没有涉及RNA病毒，无法证明DNA是主要的遗传物质。
【答案】C
2、（2011?江苏高考）关于“噬菌体侵染细菌的实验”的叙述，正确的是()
A.分别用含有放射性同位素35S和放射性同位素32P的培养基培养噬菌体
B.分别用35S和32P标记的噬菌体侵染未被标记的大肠杆菌，进行长时间的保温培养
C.用35S标记噬菌体的侵染实验中，沉淀物存在少量放射性可能是搅拌不充分所致
D.32P、35S标记的噬菌体侵染实验分别说明DNA是遗传物质、蛋白质不是遗传物质
【解析】A项，应分别用含有放射性同位素35S和放射性同位素32P培养基培养大肠杆菌，再用上述大肠杆菌培养噬菌体。B项，分别用35S和32P标记的噬菌体侵染未被标记的大肠杆菌，进行短时间的保温培养。C项，沉淀物存在少量放射性，说明沉淀物中有35S标记的噬菌体蛋白质外壳，是搅拌不充分所致。D项，噬菌体侵染细菌的实验证明DNA是遗传物质，不能证明蛋白质不是遗传物质，因蛋白质没有进入细菌体内。
【答案】C
3、（2010?江苏高考）探索遗传物质的过程是漫长的．直到20世纪初期，人们仍普追认为蛋白质是遣传物质。当时人们作出判断的理由不包括
A.不同生物的蛋白质在结构上存在差异
B.蛋白质与生物的性状密切相关
C.蛋白质比DNA具有更高的热稳定性，并且能够自我复制
D.蛋白质中氨基酸的不同排列组台可以贮存大量遗传信息
【解析】本题借助科学发展史考查蛋白质的多样性等特点。蛋白质不具备热稳定性，也不能复制，故选C项。其他选项所述的蛋白质的特点，与遗传物质应具备的特征一致，可作为遗传物质的理由。
【答案】C
4、（2010?广东高考）下列叙述正确的是
A.DNA 是蛋白质合成的直接模板 B. 每种氨基酸仅有一种密码子编码
C.DNA 复制就是基因表达的过程 D. DNA是主要的遗传物质
【解析】本题考查学生的理解能力。蛋白质合成的直接模板是mRNA；一种氨基酸可有一种或多种密码子编码；基因具有两个基本功能，即复制和表达；基因的复制是以DNA为基本单位进行的；基因的表达分为转录和翻译两个过程；由于绝大多数生物的遗传物质都是DNA，所以DNA是主要的遗传物质。
【答案】D
5、（2009?江苏高考）科学家从烟草花叶病毒（TMV）中分离出a、b两个不同品系，它们感染植物产生的病斑形态不同。下列4组实验（见下表）中，不可能出现的结果是
实验实验结果
编号实验过程病斑
类型病斑中分离出
的病毒类型
① a型TMV斗感染植物a型a型
②b型TMV呻感染植物b型b型
③组合病毒（a型TMV的蛋白质+b型TMV的RNA） 感染植物b型a型
